一种原位应力检测装置及检测方法

文档序号:9725970
一种原位应力检测装置及检测方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及半导体检测领域,尤其涉及一种原位应力检测装置及检测方法。
【背景技术】
[0002]目前,基于激光拉曼光谱的化学反应原位表征技术应用较多,其中一个关键装置是原位反应池。原位反应池一般包括可拆卸样品池、玻璃视窗、密封结构、加热及冷却系统等。可以实现高温、高压条件下的气、固、液反应的原位监测。
[0003]虽然目前有一种接近的现实产品-阳极键合机,但是,现有的阳极键合机体积较大,无法实现阳极键合过程的原位观察。现有的原位反应池只能做微量化学反应物质的原位研究,且反应条件一般都和温度、气相、压力等相关,未见到涉及到电学条件的原位反应研究。此外,现有的键合机存在体积较大,空间限制,且绝大部分采用的是平面阴极的阳极键合,无法对阳极键合的过程中硅片的应力进行实时监测。拉曼光谱作为监测硅片应力状态的一个可行的手段,但是由于其聚焦镜头工作距离太短,无法容纳现有的阳极键合装置。因此硅玻璃阳极键合应力的原位监测一直是个空白。
[0004]所以,亟需一种可以在激光拉曼光谱仪监测下实现阳极键合的装置。

【发明内容】

[0005]鉴于上述问题,本发明的目的在于提供一种原位应力检测装置及其检测方法。
[0006]—种原位应力检测装置,其特征在于,应用于键合工艺中,所述原位应力检测装置包括:
[0007]具有顶部开口的键合腔体;
[0008]键合装置,固定设置于所述键合腔体的底部;
[0009]法兰盖,盖合于所述顶部开口之上;以及
[0010]所述键和装置包括用于承载待键合样品的样品台,所述法兰盖上设置有凹形结构的透明视窗和拉曼光谱仪,且所述拉曼光谱仪的镜头插入所述凹形结构中,以对进行所述键合工艺的所述待键合样品进行原位应力检测。
[0011]上述的原位应力检测装置,进一步,所述键合装置还包括:
[0012]若干接口,设置于所述键合腔体外侧侧壁之上;
[0013]石棉垫,垫设于所述键合腔体内侧底部;
[0014]云母片,设置于所述石棉垫之上,且所述云母片上设置有凹槽;
[0015]陶瓷加热片,放置于所述凹槽内,且所述陶瓷加热片的顶部平面低于所述凹槽的顶部平面;
[0016]电极,设置于所述样品台之上;
[0017]电极支撑杆,所述电极支撑杆一端活动设置于所述键合腔体内侧侧壁上,所述电极支撑杆另一端与所述电极固定连接,且所述电极支撑杆与所述样品台顶部平面平行;
[0018]其中,所述样品台设置于所述陶瓷加热片之上,且与所述云母片固定连接,以使得所述凹槽呈闭合腔体。
[0019]上述的原位应力检测装置,进一步,所述样品台与所述陶瓷加热片之间设置有石墨纸,所述陶瓷加热片与所述云母片之间设置有石墨纸。
[0020]上述的原位应力检测装置,进一步,所述电极外套设一套筒,且所述套筒的材料为陶瓷,以保护所述电极不会漏电或被击穿。
[0021]上述的原位应力检测装置,进一步,所述云母片通过螺钉与所述键合腔体固定连接,所述样品台通过螺钉与所述云母片固定连接。
[0022]上述的原位应力检测装置,进一步,所述接口包括有冷却水接口、冷却水出口、真空栗接口、真空计接口、热电偶接口和电源接口。
[0023]更进一步,所述装置还包括:
[0024]热电偶探头,设置于所述凹槽内,通过信号线与所述热电偶接口连接。
[0025]上述的原位应力检测装置,进一步,所述透明视窗通过密封圈与所述法兰盖连接。
[0026]上述的原位应力检测装置,进一步,所述法兰盖通过密封圈与所述键合腔体连接。
[0027]上述的原位应力检测装置,进一步,所述样品台的材质为不锈钢。
[0028]本发明还提供一种原位应力检测方法,所述方法可应用本发明所述检查装置,包括如下步骤:
[0029](1)将硅-玻璃样品放置在键合装置的样品台上,玻璃在上,再将点电极和电极支撑杆旋转调整到合适的位置,保持点电极与玻璃表面的良好接触;
[0030](2)盖上法兰盖,并调整好置于法兰盖上具有凹形结构的玻璃视窗的位置,以利于插入凹形结构中的拉曼光谱仪镜头的对焦和观察;
[0031](3)通过热电偶接口给键合装置通电加热,并通过外部温控设备监测样品温度,待温度升高到所需要的温度时,打开直流电压,升高到所需要的值;
[0032](4)从加电压开始计时,每隔5?20min测量一次硅片表面的拉曼信号,并保存数据;
[0033](5)待外部电流监测设备显示键合电流衰减到较小值且基本不变化的时候,关闭加热系统,在降温过程中每隔5?20min测量一次硅片的拉曼信号;
[0034](6)将所得的拉曼测量结果与键合时间、温度关联起来,得出硅-玻璃阳极键合过程中的硅-玻璃界面处应力的变化规律。
[0035]有益技术效果:
[0036]本发明提供了一种原位应力检测装置及其检测方法,所述检测装置通过在键合装置上盖设置一凹形的观察视窗,就可以对键合过程中硅片界面的应力状态进行实时监控,从而研究应力产生的原因,应力与阳极键合条件(温度、压力、通电时间)之间的关系,为控制阳极键合过程中硅片的应力提供指导,提高键合结构的结构完整性。同时,应用原位激光拉曼光谱研究硅-玻璃阳极键合的应力也是一种全新的方法。
【附图说明】
[0037]参考所附附图,以更加充分的描述本发明的实施例。然而,所附附图仅用于说明和阐述,并不构成对本发明范围的限制。
[0038]图1是本发明实施例结构剖视图;
[0039]图2是本发明实施例结构俯视图。
【具体实施方式】
[0040]为了使本发明的技术方案及优点更加易于理解,下面结合附图作进一步详细说明。应当说明,此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明,并不用于限定本发明。
[0041]为了解决目前技术无法对硅玻璃阳极键合应力原位监测的问题,本申请设计一种原位应力检测装置,该键合装置是一种可以将拉曼光谱表征硅与玻璃阳极键合应力的方法实现的装置。
[0042]该装置可看做是一种微小型的键合装置,同时具备原位光谱监测的功能。
[0043]该装置包括具有顶部开口的键合腔体,在该键合腔体的外侧侧壁上设置有若干的接口,是的腔体内部与腔体外部的连接,在该腔体的内侧底部设有键合装置,该键合装置主要有,垫设腔体的内侧底部的石棉垫,于该石棉垫上垫设一云母片,该云母片上加工有两圈螺纹孔,分别是外圈螺纹孔和内圈螺纹孔,外圈螺纹孔是通过螺栓用以将云母片与该键合腔体旋紧固定的。
[0044]在该发明中,云母片上设有一凹槽,该凹槽内放置有陶瓷加热片,且陶瓷加热片的上下表面均垫设有一石墨纸,用以减小陶瓷加热片的不平整和缓解应力集中的问题,该陶瓷解热片放置于该凹槽内,该陶瓷加热片的顶部平面略低于凹槽的上表面。然后在该凹槽的上表面放置一样品台,样品台通过内圈螺纹孔与云母片固定连接,且使得该凹槽呈一闭合腔体,将加热片封闭,样品台上设有一电极,该电极通过一电极支撑杆与键合腔体连接,该电极支撑杆的一端与电极固定连接,另一端活动设置在键合腔体的内侧侧壁,以使得电极可以以电极支撑杆为半径,电极支撑杆与键合腔体连接点为圆心进行圆周运动。该电极的外侧套设有一套筒,为了防止电极漏电或者被击穿,该套筒使用陶瓷材料制成。
[0045]在本发明中,最后于键合腔体上加设一法兰盖,法兰盖与键合腔体接触的地方设置密封圈,使得键合腔体呈一个密封的腔体,然后于法兰盖上开设有石英玻璃材质的透明视窗,用以观测键合腔体内部键合过程。透明视窗其实是个不平整的结构,该透明视窗上设有一凹型结构,即在透明视窗的平面上具有一透明凹槽,该凹形结构靠近透明视窗的边缘,用以放置聚焦镜头,这样就可以使得聚焦镜头的镜头端与样品台的上表面在镜头的有效工作距离范围之内了,更加准确的观测到键合腔体内发生的键合反应。
[0046]在上述云母片的凹槽内还设置有一热电偶探头,该热电偶探头通过设置在键合腔体外侧的接口与外部检测器件连接,以监测加热片的加热温度。在该键合腔体的外侧侧壁上设有6个接口,分别是冷却水接口、冷却水出口、真空栗接口、真空计接口、热电偶接口和电源接口,这些接口呈半圆周形状,即每个接口之间的夹角为36°,其实并不限定为这样,这些接口可以均匀或不均匀的设置在键合腔体的外侧,这些情况都是可以的。
[0047]下面结合具体实施例进行说明
[0048]具体实施例一
[0049]如图1、图2所示,一种原位应力检测装置的主体是一个圆柱形腔体,腔体侧壁有6个接口,分别为冷却水进口 14、冷却水出口 19、真空栗接口 15、真空计接口 16、热电偶接口18和电源接口 17。侧壁中有水冷夹套7,以利于腔体外部的降温。腔体内部的结构主要有:不锈钢样品台20、石墨纸10、陶瓷加热片11、云母片8、石棉垫9、热电偶(图中未示出)、点电极2及电极支撑杆。石棉垫9垫在最底层,主要作用是隔热;其上放置云母片8,云母片8上加工有两圈螺纹孔,外圈螺纹孔用于将云母片8与腔体固定,内圈螺纹孔用于将不锈钢样品台与云母片8固定。陶瓷加热片11放置在云母片8上,陶瓷加热片11与云
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